330 kV输电线路钻越塔型式选择研究

梁岩涛 李 伟 刘 钊 祖金龙

(国网甘肃省电力公司建设分公司，甘肃 兰州 730050)

0 引言

近年来，经济的快速发展促进了电力工业的发展。伴随着我国输电线路的电压等级不断提高和线路走廊宽度的局限，增加了新建线路的路径选择难度和施工难度。钻越塔的应用可有效缓解线路紧张的问题。铁塔的合理选型及优化分析对于整条输电线路起着至关重要的作用[1,2]。目前，国内对于钻越塔的研究较少[3-5]，本文以甘肃河西走廊地区输电线路为背景，采用铁塔专业设计软件SmartTower进行设计优化，分析对比干字型、酒杯型、门型输电铁塔的自重、上拔和下压基础作用力以及铁塔模态和杆件受力，综合确定较优的塔型，可为实际工程应用提供参考。

1 设计条件

本文主要研究区域为甘肃河西走廊地区，针对该区域线路工程概况和气象条件，确定的设计条件为：水平档距300 m，垂直档距400 m，代表档距200/400。导线型号为2*LGJ400/35，地线型号为JLB20A-120，覆冰厚度10 mm，最大风速为29 m/s，转角度数为0°～60°。风压高度系数按B类选取；杆塔覆冰后塔身风荷载增大系数10 mm冰区取1.2。采用角钢塔，杆塔材料采用Q235B，Q345B及Q420B级角钢。

2 钻越塔设计与计算

2.1 塔型选择

根据输电线路设计规范[6]和设计经验，目前常用的钻越塔型有干字型、门字型、酒杯型等。干字型铁塔形状如“干”字，塔架上设两根避雷线，导线采用三相三角排列，中相位于较高位置。此种塔型受力明确、结构紧凑，有较好的经济技术指标。门字型铁塔导线采用三相水平排列方式，可以有效降低铁塔的高度。酒杯型铁塔导线布置与门型塔较为相似，呈三相水平排列方式。一般在走廊宽度限制条件较小的地段使用较为普遍，具有受力合理，刚度大等优点。

2.2 设计计算

采用输电线路铁塔设计软件SmartTower，以DL/T 5154—2012架空输电线路杆塔结构设计技术规定与电气间隙等相关要求为依据，对上述三种铁塔进行结构布置，并根据相应的边界条件进行铁塔计算。

依据铁塔设计规程[7-13]，三种不同型式等呼高(均为15 m)输电铁塔的设计结果如下：

干字型塔地线架长3.5 m，外角侧横担长6.3 m，内角侧横担长6.3 m，地线挂点与导线挂点垂直高度11.5 m。铁塔根开5.95 m，全高26.5 m，主材最大规格角钢选用L250×35，结构简图如图1所示。

酒杯型塔边设置跳线架，中相V串跳线挂在塔窗与横担根部处，由于其横担纵向厚度较大，可以满足电气要求，无需再纵向设置跳线架。外角侧导线横担长4 m，内角侧横担长4 m。塔窗横担长6 m，塔窗高11 m，铁塔根开5 m，全高21.3 m，主材最大规格角钢选用L300×35，结构简图如图2所示。

门型塔跳线架高度6.3 m，外角侧导线横担长4.2 m，内角侧横担长4.2 m，中相横担长8.6 m，杆塔呼高15 m，全高21.3 m。主柱角钢最大规格选用L300×35，结构简图如图3所示。

2.3 不同塔型的经济性分析

门型塔和酒杯塔导线排列方式采用三相水平排列，塔高为21.3 m。干字型塔采用三相三角排列方式且中相较高，导致干字型塔高最高为26.5 m，高于前者24%。但干字型塔受力合理、结构简单，横担长度相对较短，塔重分别比门型塔和酒杯型塔减少约13%和21%。酒杯塔塔窗较大，横担长度较长，横担的纵向厚度较大，因此塔重最大(见表1)。工程实际中各类型塔的基础工程量大小与基础作用力呈正相关关系，对干字型、门型和酒杯型输电铁塔的上拔和下压基础作用力进行比较，如表2所示。由表2可知，干字型塔基础工程量最大，酒杯型塔次之，门型塔最小。

表1 杆塔重量

表2 基础作用力

3 铁塔模态比较

输电铁塔为常见的高耸结构，其前几阶模态为主要模态。通过SmartTower软件对酒杯塔、干字型及门型塔进行模态分析，不同塔型的前3阶振型如图4～图6所示，各塔的自振频率如表3所示。干字型铁塔高度26.5 m，其1阶自振周期为0.263 s，因干字型铁塔塔身较高，在设计中需要通过增加自身刚度来提高安全性与稳定性。酒杯型和门型铁塔高度为21.3 m，其1阶自振周期分别为0.315 s与0.235 s。三者对比分析可知：酒杯塔1阶频率最小，门型塔次之，干字型塔最大。由不同型式铁塔的变形模态可知，铁塔在受到外部荷载作用时X方向易折断且上部结构容易发生扭转。

表3 自振周期

4 铁塔杆件受力分析

通过SmartTower软件对干字型、门型及酒杯塔进行受力分析，比较不同塔型杆件的受力。各塔型杆件最大拉力、压力如表4所示。由表4可知，酒杯型塔的杆件受力明显偏大，干字型塔杆件受力略低，门型塔杆件受力最小，门型塔的杆件受力更加合理。

表4 不同塔型杆件受力对比分析

5 结语

采用铁塔专业设计软件SmartTower对330 kV等呼高的干字型塔、酒杯塔、门型塔等三种不同型式的钻越塔进行了分析，比较了其铁塔自重、基础受力、结构模态及杆件受力。结论如下：

1)门型塔的受力性能好且铁塔用钢量较低。

2)对铁塔的模态分析表明，干字型塔、酒杯塔、门型塔在受到外部荷载作用时X方向易折断且上部结构容易发生扭转，应针对破坏特点采取加强措施。

3)干字型塔、酒杯型塔、门型塔的受力分析表明，门型塔杆件受力最合理。